Study of partial discharges and their transition to an electric arc in aerospace power

Étude des décharges partielles et de leur transition à l’arc dans la connectique aéronautique du futur

Redouane Boukadoum (1)

1 GeePs - Laboratoire Génie électrique et électronique de Paris

The objective of the more electrical aircraft project is the replacement certain of the hydraulic and pneumatic systems by electrical ones. This drastic technological transition will require the increase of the onboard electrical power, which will result in the increase of voltage levels of the embedded networks. Current systems of 28 VDC and 115 VAC (400 Hz) are to be replaced by +/- 270 VDC and 230 VAC (360 to 1000 Hz). These new conditions of voltage levels will have a significant impact on the appearance of partial discharges that were almost absent up until present. Aeronautical grade electrical connectors being one of the major elements of embedded networks, the aim of this thesis is to study the conditions of occurrence of partial discharges in them. In this work, electrostatic modeling is carried out in order to identify the zones within the connectors where there is a strong electric field facilitating the appearance of partial discharges. Also presented are the results of experiments under both DC and AC voltage in which the ignition voltages of partial discharges and their location within the structure of the connector were studied.

Dans le cadre du projet d’avion plus électrique entamé depuis quelques années, l’objectif visé est le remplacement des énergies hydraulique et pneumatique par l’énergie électrique. Cette transition technologique drastique nécessite une augmentation de puissance électrique à bord des avions, qui se traduit par une élévation des niveaux de tension du réseau embarqué (+/- 270 VDC et 230 VAC). Dans ces conditions, les phénomènes de décharges électriques doivent être considérés, en particulier pour les systèmes présents dans les zones non pressurisées des appareils. Les travaux de thèse ont porté sur l’étude des décharges partielles dans des connecteurs aéronautiques aujourd’hui exploités et susceptibles d’être mis en oeuvre dans les nouvelles conditions de tension. Une modélisation électrostatique du connecteur a été effectuée dans le but de mettre en évidence les zones où règne un fort champ électrique pouvant être à l’origine de l’apparition de décharges partielles. L’influence de paramètres, tels que la géométrie des conducteurs, la pression et la température, a été examinée d’un point de vue théorique par adaptation de la courbe de Paschen. Des mesures expérimentales, effectuées dans différentes conditions d’alimentation électrique, de pression, de température et d’état de vieillissement des connecteurs, ont permis de déterminer les tensions seuil d’apparition des décharges partielles. Ces mesures ont également permis de localiser les décharges au sein du connecteur, et ainsi d’identifier les points faibles de la structure. Des solutions visant à repousser les seuils d’apparition de décharges partielles sont alors proposées.

Mots clés: Aerospace connectors; Partial discharge; Electric arc; Inception voltage

Mots clés: Connecteur aéronautique; Décharges partielles; Arc électrique; Tensions d’amorçage

Domaines: Autre

Redouane Boukadoum. Étude des décharges partielles et de leur transition à l’arc dans la connectique aéronautique du futur. Autre. Université Paris Saclay (COmUE), 2018. Français. ⟨NNT : 2018SACLC019⟩. ⟨tel-02463942⟩